一種制備雙組份復(fù)合材料納米纖維的靜電紡絲裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制備雙組份復(fù)合材料納米纖維的靜電紡絲裝置，屬于靜電紡絲領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著納米技術(shù)的升溫，靜電紡絲方法由于其可以制備出納米級的纖維而成為當(dāng)今的研宄熱點(diǎn)之一。靜電紡絲方法已被公認(rèn)為是制備納米纖維最簡單有效的方法之一，目前已有三十多種聚合物通過此方法成功制得超細(xì)纖維，最小的直徑達(dá)到幾十納米。
[0003]靜電紡絲的基本原理是聚合物熔體或者溶液在高壓靜電場的作用下逐漸發(fā)生形變，當(dāng)電場力大于其表面張力時，形成射流，最終在接收板上獲得聚合超細(xì)纖維。
[0004]單一材料制備的納米纖維性能有限，而共混纖維則可綜合多種纖維的優(yōu)良性能。多數(shù)共混纖維是以一種聚合物的原纖維鑲嵌在另一種聚合物基體之中，共混纖維雖然共混方式和用途千差萬別，但是大多是希望通過共混得到優(yōu)于單組分纖維性能的新型纖維。
[0005]在靜電紡絲領(lǐng)域，目前制備雙組份復(fù)合材料納米纖維的方法主要是同軸靜電紡絲，通過在內(nèi)外通道通入不同材料的溶液，在高壓靜電場的作用下，兩種材料的溶液在噴頭尖端同時被拉伸，從而形成核殼結(jié)構(gòu)的納米纖維。同軸靜電紡絲的原理導(dǎo)致其針頭孔徑很小，所以只能紡制粘度較小的聚合物溶液，對于粘度相對較大的熔體則非常容易堵塞，所以急需一種能紡制高粘度雙組分復(fù)合材料熔體的納米纖維靜電紡絲裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提出了一種制備雙組份復(fù)合材料納米纖維的靜電紡絲裝置，把內(nèi)外錐面有機(jī)結(jié)合，在內(nèi)外錐面上分別通入不同的流體，在錐面尖端匯合的同時被高壓靜電拉伸，下落成為纖維，該裝置能批量化生產(chǎn)雙組份復(fù)合材料納米纖維，并且克服了熔體在小孔紡絲中易堵塞的難題，同時可以在氣管中通不同溫度的氣流來調(diào)節(jié)兩種組分的溫度差異，使兩種組分都能達(dá)到最佳紡絲溫度。
[0007]為了實現(xiàn)上述功能，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:一種制備雙組份復(fù)合材料納米纖維的靜電紡絲裝置，主要包括接收裝置、機(jī)頭、溫控系統(tǒng)、內(nèi)外錐面復(fù)合套筒、A料加料口、周向定位圈、氣管、氣管定位螺母、套筒定位螺母、B料加料口、接地電極和高壓靜電發(fā)生器等，機(jī)頭由溫控系統(tǒng)進(jìn)行精確控溫并且接入接地電極，內(nèi)外錐面復(fù)合套筒通過下部三個定位點(diǎn)和機(jī)頭配合，兩者的配合間隙形成A料流道，同樣的方式，氣管和內(nèi)外錐面復(fù)合套筒配合間隙形成B料流道，內(nèi)外錐面復(fù)合套筒和氣管分別由套筒定位螺母和氣管定位螺母進(jìn)行軸向定位，同時由周向定位圈完成對內(nèi)外錐面復(fù)合套筒的周向定位，A料和B料分別經(jīng)過各自的流道在錐面尖端匯合，接收裝置在機(jī)頭下方接高壓靜電發(fā)生器。
[0008]本發(fā)明一種制備雙組份復(fù)合材料納米纖維的靜電紡絲裝置，分別通過機(jī)頭與內(nèi)外錐面復(fù)合套筒，內(nèi)外錐面復(fù)合套筒與氣管的間隙配合形成兩個獨(dú)立的流道，并且位于同一個機(jī)頭上，共用一套溫控系統(tǒng)，兩個流道通入兩種流體。兩種流體，可以是溶液，也可以是熔體
[0009]本發(fā)明一種制備雙組份復(fù)合材料納米纖維的靜電紡絲裝置，兩個獨(dú)立流道的流體最終分別在內(nèi)外錐面上完成均布減薄過程，然后在內(nèi)外錐面形成的環(huán)形尖端匯合，在匯合的同時被高壓靜電拉伸成絲，形成雙組份復(fù)合材料納米纖維。
[0010]本發(fā)明一種制備雙組份復(fù)合材料納米纖維的靜電紡絲裝置，氣管中可以通入氣流，通過氣流的溫度來對B料流道的溫度進(jìn)行微調(diào)，和機(jī)頭外層的溫控系統(tǒng)配合，使兩種流體能同時達(dá)到最佳紡絲溫度，通過氣流的溫度來對B料流道的溫度進(jìn)行微調(diào)，進(jìn)而控制B料的粘度，由于A料和B料存在粘度差，形成的A料纖維與B料纖維成并列形式、半包覆方式或包覆方式。
[0011]本發(fā)明一種制備雙組份復(fù)合材料納米纖維的靜電紡絲裝置，A料中增加防粘填料，A料熔體和B料熔體不易粘接，在并列成絲后固化的兩種絲容易分離，形成兩種絲混合的方式，發(fā)揮各自的優(yōu)勢。
[0012]本發(fā)明一種制備雙組份復(fù)合材料納米纖維的靜電紡絲裝置，氣管中通入高速氣流，高速氣流形成的壓力差使纖維束聚攏，同時氣流的擾動使纖維劇烈鞭動，加上氣流的牽引作用使纖維直徑進(jìn)一步減小。
[0013]由以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):能批量化生產(chǎn)雙組份復(fù)合材料納米纖維，并且在氣流輔助的作用下，進(jìn)一步減小纖維直徑，還可以利用氣流的溫度對內(nèi)側(cè)流道的溫度進(jìn)行微調(diào)，從而允許兩種流體有不同的紡絲溫度，能紡制對溫度要求較敏感的材料。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明一種制備雙組份復(fù)合材料納米纖維的靜電紡絲裝置的剖視示意圖。
[0015]圖中:1-接收裝置，2-機(jī)頭，3-溫控系統(tǒng)，4-內(nèi)外錐面復(fù)合套筒，5-A料加料口，6-周向定位圈，7-氣管，8-氣管定位螺母，9-套筒定位螺母，1-B料加料口，11-接地電極，12-高壓靜電發(fā)生器。
【具體實施方式】
[0016]實施例1
[0017]本發(fā)明提出了一種制備雙組份復(fù)合材料納米纖維的靜電紡絲裝置，如圖1所示，主要包括:接收裝置1、機(jī)頭2、溫控系統(tǒng)3、內(nèi)外錐面復(fù)合套筒4、A料加料口 5、氣管7、B料加料口 10、接地電極11和高壓靜電發(fā)生器12，機(jī)頭2接接地電極11，調(diào)節(jié)溫控系統(tǒng)3的溫度為220度，在A料加料口 5中加入聚丙烯(PP)粉料，在B料加料口 10中加入聚乳酸(PLA)粉料，同時在氣管中通入常溫高速氣流，氣流速度20m/s，使B料流道的溫度降為200度左右，保持溫度一段時間后，PP和PLA顆粒熔化，由熔體自重流經(jīng)各自的流道分別到達(dá)內(nèi)外錐面，在錐面上分別形成熔體薄膜，然后兩種熔體在錐面尖端匯合，接收裝置I采用5mm厚銅板接高壓靜電發(fā)生器12，調(diào)節(jié)接收裝置I與尖端的距離為10cm，調(diào)節(jié)高壓靜電發(fā)生器12的電壓值為50kV，在錐面尖端匯合的PP和PLA熔體被高壓靜電拉伸，在下降的過程中同時被高速氣流進(jìn)一步牽引形成納米纖維，根據(jù)上述工藝過程，可以紡得平均直徑為900nm的并列型雙組份復(fù)合材料纖維，把紡制的纖維放入丙酮中浸泡10分鐘，纖維中PLA成分被去除，可以得到平均直徑為500nm的PP納米纖維。
【主權(quán)項】
1.一種制備雙組份復(fù)合材料納米纖維的靜電紡絲裝置，其特征在于:主要包括接收裝置、機(jī)頭、溫控系統(tǒng)、內(nèi)外錐面復(fù)合套筒、A料加料口、周向定位圈、氣管、氣管定位螺母、套筒定位螺母、B料加料口、接地電極和高壓靜電發(fā)生器等，機(jī)頭由溫控系統(tǒng)進(jìn)行精確控溫并且接入接地電極，內(nèi)外錐面復(fù)合套筒通過下部三個定位點(diǎn)和機(jī)頭配合，兩者的配合間隙形成A料流道，同樣的方式，氣管和內(nèi)外錐面復(fù)合套筒配合間隙形成B料流道，內(nèi)外錐面復(fù)合套筒和氣管分別由套筒定位螺母和氣管定位螺母進(jìn)行軸向定位，同時由周向定位圈完成對內(nèi)外錐面復(fù)合套筒的周向定位，A料和B料分別經(jīng)過各自的流道在錐面尖端匯合，接收裝置在機(jī)頭下方接高壓靜電發(fā)生器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備雙組份復(fù)合材料納米纖維的靜電紡絲裝置，其特征在于:分別通過機(jī)頭與內(nèi)外錐面復(fù)合套筒，內(nèi)外錐面復(fù)合套筒與氣管的間隙配合形成兩個獨(dú)立的流道，并且位于同一個機(jī)頭上，共用一套溫控系統(tǒng)，兩個流道通入兩種流體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種制備雙組份復(fù)合材料納米纖維的靜電紡絲裝置，其特征在于:兩種流體，一種是溶液，另一種是熔體。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種制備雙組份復(fù)合材料納米纖維的靜電紡絲裝置，其特征在于:兩個獨(dú)立流道的流體最終分別在內(nèi)外錐面上完成均布減薄過程，然后在內(nèi)外錐面形成的環(huán)形尖端匯合，在匯合的同時被高壓靜電拉伸成絲，形成雙組份復(fù)合材料納米纖維。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備雙組份復(fù)合材料納米纖維的靜電紡絲裝置，其特征在于:氣管中通入氣流，通過氣流的溫度來對B料流道的溫度進(jìn)行微調(diào)，和機(jī)頭外層的溫控系統(tǒng)配合，使兩種流體能同時達(dá)到最佳紡絲溫度，通過氣流的溫度來對B料流道的溫度進(jìn)行微調(diào)，進(jìn)而控制B料的粘度，形成的A料纖維與B料纖維成并列形式、半包覆方式或包覆方式。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備雙組份復(fù)合材料納米纖維的靜電紡絲裝置，其特征在于:A料中增加防粘填料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備雙組份復(fù)合材料納米纖維的靜電紡絲裝置，其特征在于:氣管中通入高速氣流。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種制備雙組份復(fù)合材料納米纖維的靜電紡絲裝置，屬于靜電紡絲領(lǐng)域，主要包括接收裝置、機(jī)頭、溫控系統(tǒng)、內(nèi)外錐面復(fù)合套筒、A料加料口、周向定位圈、氣管、氣管定位螺母、套筒定位螺母、B料加料口、接地電極和高壓靜電發(fā)生器等，機(jī)頭由溫控系統(tǒng)進(jìn)行精確控溫并且接入接地電極，內(nèi)外錐面復(fù)合套筒和氣管分別由套筒定位螺母和氣管定位螺母進(jìn)行軸向定位，A料和B料分別經(jīng)過各自的流道在錐面尖端匯合，接收裝置在機(jī)頭下方接高壓靜電發(fā)生器。本發(fā)明能批量化生產(chǎn)雙組份復(fù)合材料納米纖維，在氣流輔助的作用下，進(jìn)一步減小纖維直徑，利用氣流溫度對內(nèi)側(cè)流道溫度進(jìn)行微調(diào)，從而允許兩種流體有不同的紡絲溫度，能紡制對溫度要求較敏感的材料。
【IPC分類】D01D7-00, D01D5-00, D01D5-30
【公開號】CN104593881
【申請?zhí)枴緾N201510076278
【發(fā)明人】楊衛(wèi)民, 陳宏波, 譚晶, 李好義, 閻華 , 丁玉梅
【申請人】北京化工大學(xué)
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2015年2月12日